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篇(1)

粉塵比電阻大于1011Ω·cm（高比電阻）時，采用傳統(tǒng)工頻、高頻電源的電除塵器收塵，由于高電阻粉塵在電場中的高粘附力，使振打無法有效地將粉塵從收塵極板上除下，最終引成反電暈現象，降低了除塵器的除塵效率。脈沖電源獨特的基礎電壓疊加脈沖電壓的雙電模式，相比于傳統(tǒng)的工頻、高頻電源，能使粉塵的驅進速度明顯提高，如圖1所示，這使得同收塵面積的靜電除塵器在使用不同電源控制系統(tǒng)時產生完全不同的除塵效果。增強系數H=Wp/Wdc，其中Wp為應用脈沖電源后的粉塵驅進速度，Wdc為應用常規(guī)電源后的粉塵驅進速度。從上圖中看出，粉塵比電阻越高，應用脈沖電源后的效果越好，當粉塵比電阻為1013Ω·cm時，增強系數達到2.2倍，即脈沖電源對粉塵驅進速度的提高效果是常規(guī)電源的2.2倍，這就使得脈沖電源在高比電阻粉塵的除塵效率上完全優(yōu)于常規(guī)電源。同時，脈沖電源的脈沖電流大，電壓脈寬窄（≤120us），電除塵器電壓上升率高，達2KV/us，荷電和電暈效果好，火花電壓高，比常規(guī)電源提高幾十KV，而基礎電源電壓總低于火花電壓，能有效抑制反電暈和二次揚塵，有利于收塵。依據多年電除塵研究經驗和相關工業(yè)應用，電除塵器電場越往后，粉塵比電阻越高。在除塵器后兩級電場粉塵的平均比電阻一般都能達到1.0×1011～1.0×1013(Ω·cm)數量級。利用多伊奇公式η=1-e-w·A/Q及其他相關知識，可以計算出脈沖電源對不同比電阻粉塵的理論除塵效率，如表1所示。從表中可見，比電阻越高，脈沖電源的除塵效率越好，比電阻為1.0×1012～1.0×1013(Ω·cm)時，理論效率可達99.9934%。

2.脈沖電源的組成及結構

脈沖電源是適用于電除塵器的電源，目前在世界各地的電廠、鋼鐵廠及水泥廠的環(huán)保除塵機械設備中得到了廣泛應用，除塵效果顯著。它主要由控制柜和高壓輸出變壓器兩部分組成，分別放置于控制室和電除塵器頂部。脈沖電源系統(tǒng)一般由基礎電壓產生部分、脈沖電壓產生部分、控制部分及通訊部分組成。其原理圖如圖2所示。1）基礎電壓Vdc產生部分三相交流電源輸入至三相升壓變壓器，經三相整流橋和濾波電路后，產生一個高壓直流電壓，再經扼流電感L2和耦合電感L4送至電除塵器中，供應電除塵器ESP所需的基礎電壓。2）脈沖電壓產生部分三相交流AC380V輸入至三相升壓變壓器，經整流橋、濾波電路后，得到一個高壓直流電壓，經扼流電感L1給儲能電容Cs充電。當高壓IGBT（SW1）導通時，儲能電容Cs、扼流電感L3、耦合電感L4、電除塵器ESP等效電容形成諧振回路，儲能電容Cs內的電量在該回路內諧振，在電除塵器ESP兩端形成一個脈沖電壓。該脈沖電壓與基礎電壓疊加，產生最終所需的加至電除塵器ESP上的電壓波形，如圖3所示。諧振后半部分，電量回充給儲能電容Cs，節(jié)約電能。當高壓IGBT關斷時，諧振回路斷開，電源繼續(xù)給儲能電容充電至原電壓，等待下次脈沖的產生，如此循環(huán)。3）控制部分通過一個核心控制器（嵌入式系統(tǒng)），控制基礎電壓、脈沖電壓的產生，并接收脈沖電源的反饋信號、監(jiān)控關鍵位置的運行狀況，調整脈沖電源的運行狀態(tài)，使脈沖電源適應各種復雜工況的要求，產生最大的收塵效率及節(jié)能目標。同時采用快速、智能的火花響應、處理機制，保證火花狀態(tài)下設備的安全、穩(wěn)定運行。4）通訊部分通過以太網控制器，在通訊協(xié)議，比如Modbus的基礎上搭建整個通訊系統(tǒng)，在上位機界面上監(jiān)控各個脈沖電源的運行情況，并統(tǒng)一控制、調配，便于運行和管理，提高工作效率。

3.脈沖電源除塵的特點和優(yōu)勢

對于常規(guī)除塵器控制電源，脈沖電源具有如下主要優(yōu)勢：1）脈沖電源具有常規(guī)電源各種特性；2）在基準電壓的基礎上疊加脈沖電壓，有效抑制高比電阻粉塵的反電暈現象，同時使電場獲得盡可能大的電暈場強，使高比電阻粉塵充分實現電離、吸附、放電等過程；3）在獲得較高場強的狀態(tài)下，使得電耗最大可能的節(jié)省。對于電除塵器本體一類的改造，脈沖電源具有如下主要優(yōu)勢：（1）改造簡便，可在不停爐、短期停電的狀態(tài)下完成改造；（2）改造周期短，見效快；（3）故障時影響小，無需停爐整改；（4）改造成本低；（5）對于原本體小的除塵器有適當提效功能。綜合考慮，脈沖電源較其他除塵器技術具有全面的、可靠的優(yōu)勢，采用脈沖電源對電除塵器進行改造是目前適應國家新環(huán)保標準的最佳改選方案。

4.脈沖電源工程應用及發(fā)展前景

篇(2)

當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。

1.電力電子技術的發(fā)展

現代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

1.2逆變器時代

七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

1.3變頻器時代

進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展,為現代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發(fā)展,為用電設備的高效節(jié)材節(jié)能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

2.現代電力電子的應用領域

2.1計算機高效率綠色電源

篇(3)

關鍵詞：低功耗；無線供能；電荷泵整流器；低壓差線性穩(wěn)壓器；帶隙基準電壓源；電源抑制

中圖分類號：TM44；TN722；TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）12-00-04

0 引 言

近幾年，受益于集成電路工藝技術與片上系統(tǒng)（System on Chip，SOC）的不斷發(fā)展，射頻識別、微傳感網絡以及環(huán)境感知等智能技術得到了飛速發(fā)展。其中，對于無線供能植入式芯片的能量管理、功耗等問題受到了持續(xù)關注與研究。當能量采集完成后，如何管理該能量是下一代被動與半被動植入式醫(yī)療設備的要點之一。

在低功耗植入式芯片中，如低噪聲放大器、模數轉換器等對工作電壓及其紋波都有一定的要求，因此須通過無線能量管理單元（Wireless Power Management Unit，WPMU）將其電源性能優(yōu)化。在被動式芯片中，電荷泵整流器（Charge Pump Rectifier，CPR）、帶隙基準源（Bandgap Reference，BGR）、低壓差線性穩(wěn)壓器（Low Dropout Regulator，LDO）是WPMU的重要組成單元[1]。芯片工作時，人體各種低頻信號（EEG、ECG）會通過相應的耦合方式傳輸到電源通路上，從而產生低頻噪聲，因此必須采用相關技術獲得高電源抑制比電源。論文首先通過電荷守恒定理對傳統(tǒng)Dickson電路進行動態(tài)分析及能量轉換效率的改進；然后采用電源抑制增強（Power Supply Rejection Boosting，PSRB）與前饋消除（Feed-forword Cancellation，FWC）等技術分別提高BGR、LDO在運放工作帶寬內的電源抑制力（Power Supply Rejection，PSR），并在輸出節(jié)點并聯電容以濾除超高頻紋波；最后為保證LDO在負載變化時的穩(wěn)定性，利用零極點追蹤補償來滿足相位裕度的要求。

論文對高性能無線能量管理單元預設指標為：

（1）CPR在輸入500 mV交流小信號時能輸出2 V電壓并驅動200 A的電流。

（2）BGR輸出電源抑制比在LDO的工作范圍內盡可能大于60 dB，以減小對LDO的影響。

（3）LDO輸出電源抑制比在生物信號頻率處（01 kHz）及CPR輸入信號處大于60 dB，從而提供負載電路高性能的工作電壓。

（4）在滿足以上性能的情況下，盡可能減小電路工作時的靜態(tài)電流。

1 無線能量管理單元的基本原理

圖1所示為論文采用的無線供能能量管理單元拓撲結構。由圖1可知，WPMU主要包含CPR、BGR、LDO及保護電路（PRO）等模塊。芯片通過片外天線采集到由基站發(fā)射的高頻無線能量信號，CPR將信號整流后進行升壓，產生紋波較大的電壓，并將該能量儲存到Cs中。由BGR與LDO所組成的環(huán)路通過負反饋輸出紋波較小的VDD來驅動負載電路。其中BGR為LDO提供一個精準穩(wěn)定的參考電壓，因此BGR的性能影響著LDO輸出電壓的性能。芯片中的保護電路包括過溫保護電路、過壓保護電路、限流電路，其主要目的在于意外情況下對電路關斷，實現對電路的保護。

設計能量管理單元時，在無線供能的環(huán)境下要注意相關性能的優(yōu)化，而這又伴隨著其它性能的犧牲，下面將詳細分析論文采用的CPR、BGR、LDO設計原理及電路結構。

3 版圖及后仿真結果

采用SMIC 0.18 m CMOS工藝，在Cadence下對電路進行仿真驗證，無線能量管理單元的版圖如圖7所示，其中包含了CPR、BGR、LDO及PRO等模塊，芯片的尺寸大小為277 m×656 m。

電路在工作時要避免反饋環(huán)路發(fā)生震蕩，必須保證LDO環(huán)路的相位裕度，論文在tt、ff、ss三個工藝角下對其進行不同負載電流（0200 A）的仿真，仿真結果如表1所列。該結果表明在負載電流0200 A內，由于零極點追蹤補償的作用，相位裕度均大于60度，根據奈奎斯特穩(wěn)定判據，LDO環(huán)路能在負載變化的范圍內穩(wěn)定工作。

圖8所示為BGR、LDO的PSR仿真波形，從圖中可以看出，BGR采用PSRB技術后，PSR在低頻降低了近25 dB。當LDO采用FWC技術時，電源抑制在低頻段得到了顯著提升，電路空載時，在100 Hz內提升了近20 dB，滿載時提升了近40 dB。

圖912給出了WPMU中CPR與LDO的相關瞬態(tài)仿真結果，當輸入頻率為500 MHz、幅度為0.5 V的正弦波時，電路建立時間約為13 s，CPR的紋波約為5 mV，而LDO的輸出電壓紋波減小至2.3 V，即高頻處PSR約為-66 dB。因此論文采用的LDO在生物信號頻率處（DC-10 kHz）與輸入信號頻率處（100 MHz以上）具有較好的PSR。表2對相關文獻與本文設計進行性能比較，可以看出，該電源管理單元能輸出性能更好的工作電壓。

4 結 語

論文針對CPR、LDO、BGR進行研究，設計了一種應用于低功耗無線供能植入式醫(yī)療芯片的能量管理單元。采用SMIC 0.18 m CMOS工藝提供的本征MOS管使CPR的效率得到提升。利用PSRB將BGR的PSR在低頻處從-75 dB降低到-95 dB，這是優(yōu)化LDO電源抑制能力的基本前提。通過FWC、零極點追蹤補償改善LDO的PSR與穩(wěn)定度，在驅動0.2 mA的負載電流時，PSR為-85 dB@DC，而相位裕度在負載范圍內均大于60度，該性能可適用于對電源性能要求較高的模塊。

參考文獻

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篇(4)

【關鍵詞】大型綜合醫(yī)院，供配電，系統(tǒng)設計

中圖分類號： N945.23 文獻標識碼： A 文章編號：

一.前言

近些年來，我國的科學技術水平有了長足的進步，經濟得到繁榮，經濟實力的支撐，和各種核心技術的突破，為我國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的迅速發(fā)展提供了強有力的經濟動力和技術支撐，人們生活質量得到改善的同時，也對我國的醫(yī)療衛(wèi)生條件和服務水平有了更多的關注和重視。這些年來，雖然我國的醫(yī)療衛(wèi)生條件有了很大的發(fā)展和進步，但是，從總體而言，我國醫(yī)療建筑設施的老化情況嚴重，比如供配電系統(tǒng)陳舊，不完善，安全隱患多等，同時，醫(yī)療建筑設施的老齡化要遠遠落后于我國醫(yī)療設備和醫(yī)療技術的突破，隨著醫(yī)療設施的專業(yè)化和特性要求，對整個醫(yī)院的設施系統(tǒng)都有了更高的要求，大型綜合型醫(yī)院的供配電系統(tǒng)是整個醫(yī)院正常運轉的基礎環(huán)節(jié)，做好供配電系統(tǒng)的設計，不僅僅有助于提高醫(yī)療服務水平，提保證醫(yī)療質量，同時，有助于節(jié)約各種能耗，有助于維護系統(tǒng)的安全。

二.大型綜合醫(yī)院供配電系統(tǒng)設計分析

1.供配電形式設計和選擇

（一）重要手術室、重癥監(jiān)護等涉及患者生命安全的設備及照明用電是一級負荷特別重要負荷，采用兩路電源再加應急電源供電，并且嚴禁其他負荷接入應急供電系統(tǒng)。

（二）急診部、監(jiān)護室、手術部、分娩室、嬰兒室、血液病房的凈化室、血液透析室、病例切片分析、磁共振、介入治療用CT及X光機掃描室、血庫、治療室及配血室的電力照明用電，培養(yǎng)箱、恒溫冰箱，走道照明用電，百級潔凈度手術室空調系統(tǒng)用電、重癥呼吸感染區(qū)的通風系統(tǒng)用電，是一級負荷，采用兩路電源供電（一路電源發(fā)生故障，另一路電源自動切換保障供電連續(xù)）。

（三）一般診斷用CT及X光機用電，客梯用電、一般手術室、病房、照明用電，是二級負荷，采用兩回路供電。

（四）大型重要醫(yī)療設備的供電應由變電所單獨的回路供電，其供電系統(tǒng)應滿足設備對電源內阻的要求。大型醫(yī)療設備瞬時的沖擊電流大，產生的瞬時壓降大，給大型醫(yī)療設備供電，由變電所引出單獨回路供電，可以保證線路的壓降控制在一定范圍，而且減少對其他設備的影響。醫(yī)療設備對電源壓降有具體要求，體現在為電源壓降指標和電源內阻指標，需要全面考慮供電回路的電阻和阻抗，滿足大型醫(yī)療設備對內阻的要求。

（五）醫(yī)院消防負荷，根據醫(yī)院建筑分類而定，醫(yī)院建筑要是一類高層消防負荷為一類負荷，其余醫(yī)院消防負荷是二級負荷。消防設備兩路電源供電，均在末端自動切，換疏散誘導照明采用雙回路末端互投并自帶蓄電池供電。

2.照明設計和照度選擇

設計中應注意醫(yī)療功能性用房照明的特殊要求。診室、病房、急診觀察室、治療室等處采用高顯色熒光燈，以便于觀察病人的情況。色溫在3500K左右，病房、急診觀察室、治療室等處的頂燈采用漫反射型燈具，以減少眩光。在病房建議用間接照明，手術室、手術部清潔走廊、傳染科、污物、污洗等處與業(yè)主結合確定是否設置紫外線燈。對特殊場所的照明應采取不同方式：磁共振掃描室、理療室、腦血流圖室等需要電磁屏蔽的地方，燈具采用了直流電源；測聽室的照明采用白熾燈；眼科暗室用可調光的白熾燈。

3.接地保護設計

（一）大型綜合醫(yī)院接地系統(tǒng)設計中，醫(yī)療設備發(fā)生漏電會危及人們的生命，因此，對醫(yī)院的電氣安全提出了更高的要求，TN-C系統(tǒng)嚴禁用于醫(yī)療場所的供電系統(tǒng)中，一般采用TN—C—S系統(tǒng)，但是對于任何一個建筑單體在電源進戶后，電源中性線和接地保護PE線嚴格分開，不再重合。醫(yī)院接地系統(tǒng)在做好每個建筑物的總等電位聯結后，對醫(yī)院的一些特殊場所，如手術室、重癥監(jiān)護病房、血液透析室、病房帶淋浴的衛(wèi)生問等做好局部輔助等電位連接，這是醫(yī)院接地系統(tǒng)的一個特點，不能疏忽。用于維持生命、外科手術和其他位于“患者區(qū)域”內的醫(yī)院用電氣設備和系統(tǒng)供電回路均應采用醫(yī)療IT系統(tǒng)，例如進行心臟手術的設備其正常泄露電流不得大于10mA,發(fā)生第一個接地故障時其泄露電流不得大于50 mA,因通過病人心臟的電流如超過50 mA可導致病人心室纖顫而死亡，為此需要嚴格限制第一次故障電流。主要措施是在手術室或其鄰近處安裝一臺1：1的隔離變壓器，其二次回路不接地，以IT系統(tǒng)供電，保障人生命安全。

（二）在整個大型綜合醫(yī)院的供配電系統(tǒng)設計中，筆者發(fā)現，在這些醫(yī)院的診療設備中，都帶有很多的計算機和微處理器，因而也對整個供配電系統(tǒng)中的基準電位的穩(wěn)定性有著更為嚴格的要求。在供配電系統(tǒng)設計時候，對這個基準電位既可以設計為懸浮，也可以設計為接地，但是為了防止發(fā)生漂移，一般在設計過程中，會將基準電位設計選擇為大地。同時將接地值嚴格控制在1 Q以下，如此，就要在設計過程中，將電氣設備附近設計專用的電子信號接線盒，一般而言，多采用16—25mm2多股銅芯線穿絕緣管由建筑物的接地體直接引來。在大型綜合醫(yī)院中，病房里，病床的上方都會設計一個供氧吸引和電源插座的綜合線槽，并在線槽的板面上設計專門的接地端子，也就是信號接地的端子，有著十分有效的接地保護效果，但是，在醫(yī)院供配電系統(tǒng)設計實際操作過程中，由于信號地使用具有一定的隨機性，固定性較差，因而，一般可以采取樹干式垂直連接醫(yī)院系統(tǒng)中的信號接地端。

4.節(jié)電設計

大型綜合醫(yī)院能耗較大，因此，要做好整個醫(yī)院的節(jié)電設計，這不僅僅是進一步優(yōu)化整個大型綜合醫(yī)院供配電系統(tǒng)的必要舉措，也是我國醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)發(fā)展的必然要求。同時，在我國面臨嚴重的資源能源危機的情況下，加強對醫(yī)院的節(jié)電設計，可以有效降低醫(yī)院運行的成本，減輕患者的醫(yī)療負擔，有助于推進我國和諧社會的進程。

在醫(yī)院建設期間，在進行整個醫(yī)院的供配電系統(tǒng)設計時候，要從我國節(jié)能等各個方面的相關法律規(guī)范和政策方面進行考慮，比如可以實施綠色照明，如此，有助于節(jié)約照明用電，減少各種能耗，降低污染，提高醫(yī)院照明的優(yōu)質高效。在設計過程中，可以使用新型的，節(jié)能效果很好的電子鎮(zhèn)流器，三基色熒光燈等，在進行供配電系統(tǒng)設計時候，可以選擇一些直管式高功率的燈具，同時，選擇的燈具敞開覆蓋面積要盡可能的寬泛，要具有很強的反射率。

在整個供配電系統(tǒng)設計時候，要選擇好各種節(jié)能電器產品，比如節(jié)能型變壓器，高低壓電氣開關，繼電器、接觸器等。并根據功率的不同，實施分級補償措施，就地實施補償。在電能的計量上，可以據實際情況，實施分級計量，并結合成本的有效核算，加強對整個供配電系統(tǒng)中電能的控制和使用。

三.結束語

雖然我國的大型綜合醫(yī)院在供配電系統(tǒng)設計中依然存在著一些問題和缺陷，但是，隨著我國經濟實力和科學技術實力的進一步增強，將會為我國的醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展奠定更為堅實的發(fā)展基礎，為了保證大型綜合醫(yī)院的正常運轉，提高醫(yī)院服務水平和服務質量，可以實施獨立的供配電系統(tǒng)，同時，要進一步完善各種應急措施，比如設置應急的電源，如此，可以在發(fā)生一些突發(fā)事件時候，保證醫(yī)院的供配電能夠正常進行，對人們的生命形成更強有力的保證。在進行醫(yī)院的供配電設計時候，要充分考慮到醫(yī)院建筑供電要求高，供電負荷復雜的特點，要在綜合考慮整個醫(yī)院的器械設備和功能的基礎上，采取有效的設計工藝，嚴格設計流程，在醫(yī)院相關各個部門共同的配合下，加強雙方的溝通，保證供配電設計能夠充分滿足醫(yī)院各方面的需求，同時，要在實踐中，不斷促進整個醫(yī)院供配電系統(tǒng)的優(yōu)化。

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篇(5)

案例教學法的可行性

案例教學法是一種先進的教學方式，教師根據工程生產實際給出若干案例，學生分成若干研究小組，在教師地引導下組織文獻查閱、研究和討論，在規(guī)定時間內完成案例的設計后，通過報告的形式匯報研究成果，匯報完成后由教師和學生共同進行對相關問題的討論。在這種教學方式下，學生由被動的接受者轉變?yōu)橹R的發(fā)掘者，實現教師與學生、學生與學生間的互動。與傳統(tǒng)教學方式相比，案例教學法的優(yōu)勢十分突出，大大改善了教學效果，因此已經在我國高校的課堂教學中得到應用。[6，7]電力電子技術在工業(yè)生產和國民生活中應用廣泛，同時也綜合了電子技術、電路、自動控制等多個學科，因此具有很強的工程性和綜合性。同時，“電力電子技術”強調理論聯系實際，因此必須重視實踐性教學。在“電力電子技術”的教學中引入案例教學法，對于達到課程的實踐性和綜合性要求，調動學生學習的自覺性和主動性，提高學生自學能力和實踐能力，改善教學效果，大有裨益。

案例教學法的實施過程

新型教學法的實施步驟為：1.提出課題（案例）將全班學生分為5個課題小組，小組可由教師劃定，學生也可以自由組合。根據“電力電子技術”教學大綱和教學目標要求，選取實踐性較強的5個案例，分配給5個課題小組，每個小組負責1個課題，課題的選擇由各組自行協(xié)商。由于學生剛剛接觸“電力電子技術”，因此教師在選擇案例時需注意案例的難度，案例不能過于簡單，需具有挑戰(zhàn)性，但也不能難度過大，占用學生過多的時間，甚至令學生失去興趣。經過實踐，筆者給出的第一批5個案例為：級聯式晶閘管整流器的設計、高功率因數PWM整流器的設計、SPWM逆變電源的設計、矩形波交流電源的設計、高頻高壓脈沖電源的設計。當然，案例的選擇并不是一成不變的，為了防止部分學生向上一屆學生索要案例設計結果，同時考慮到電力電子技術發(fā)展迅速，每一屆教學中都將對案例進行修改或更換.2.研究學習各課題小組根據案例的要求，進行分工合作，首先要充分理解教材，判斷案例涉及教材中的哪部分章節(jié)的內容，深入閱讀教材，然后根據教師提供的文獻資料及學習方法，通過圖書館、期刊網等文獻檢索工具的幫助，查閱相關文獻，對課題進行拓展學習。由于課題涉及的電路、自動控制等方面的理論較多，需要學生閱讀較多的文獻。小組成員之間需要經常溝通和討論，并進行材料的整合并為報告做準備。3.仿真研究由于學時以及實驗條件所限，學生無法對每個設計出的電路進行實驗研究，為了檢驗設計結果的正確性，可采用仿真驗證的方法。目前，有多種仿真軟件可以仿真電力電子電路，其中最常用的是Matlab/Simulink和PSIM。這兩種軟件已被許多教師用于課堂教學中，但學生動手使用的并不多，實際上，這兩種軟件易學易用，學生無需在學習軟件的使用方法上花費太多的時間。在案例設計過程中，學生可以隨時用設計的仿真程序驗證設計的正確性；設計完成后，要給出不同拓撲結構、不同控制策略、不同電路參數和控制參數下的主要波形，并由此確定最佳拓撲和參數。在第二和第三階段，學生可通過網絡課程平臺與教師交流。4.報告討論報告和討論是案例教學法的重要環(huán)節(jié)，一般安排在課程結尾階段進行。由于學時的限制，為每個案例分配的時間為20分鐘～30分鐘。課題組推舉一位報告人，報告人應在報告前做好PowerPoint講稿，報告時用5分鐘的時間介紹案例的要求和設計結果。余下時間由全體學生討論設計的合理性，學生也可以提出各種問題，由報告人進行解答，報告人解答不了的，由該課題組的其他成員解答。教師在此過程中應對討論的深度和廣度加以把握，最后對案例設計的結果進行點評，并記錄學生在報告和討論過程中的表現，作為考核的依據。5.撰寫小論文通過一個學期的學習與實踐，每個學生提交一份與案例相關的研究性小論文，教師應要求每個課題組內各成員間的小論文內容有區(qū)別，即應側重于自己所研究的那一部分。6.期末考核期末考核的成績由三部分組成：報告和討論過程中的表現以及小論文的質量。為了保證考核的公平性，教師在布置任務時要為課題組的每個成員分配不同的工作。以“SPWM逆變電源的設計”為例，可將案例拆分為若干子課題，如：單相逆變電源的設計、三相逆變電源的設計、常規(guī)SPWM調制方法研究、梯形波SPWM調制方法研究、鞍形波SPWM調制方法研究等幾個子課題。在小組成員較多的情況下，可令其中一部分同學用Matlab/Simulink仿真，其余同學用PSIM仿真，這樣不僅使每個學生都有相互獨立的任務，還可將不同仿真軟件得到的結果進行相互驗證。

案例舉例

篇(6)

關鍵詞：超級電容器，航空地面電源

 

1 引言

1.1簡介

超級電容器是近十年來出現的最為與眾不同的電容器。論文大全。超級電容器的問世實現了電容量由微法級向法拉級的飛躍，徹底改變了人們對電容器的傳統(tǒng)印象。

超級電容器是一種電容量可達數千法拉的電容量極大的電容器。根據電容器的原理，電容量取決于電極間距離、介質與電極表面積。為了得到如此大的電容量，超級電容器盡可能地縮小電極間距離、增加電極表面積，為此采用了雙電層原理和活性炭多孔化電極。雙電層介質在電容器兩電極施加電壓時，在靠近電極的電介質界面上產生與電極所攜帶電荷相反的電荷并被束縛在介質界面上，形成事實上的電容器的兩個電極，兩電極的距離非常小，僅幾納米，同時活性炭多孔化電極可以獲得極大的電極表面積，可以達到200m2／g，因而這種結構的超級電容器具有極大的電容量并可以存儲很大的靜電能量。圖1為超級電容器的結構示意圖。就儲能而言，超級電容器的這一特性是介于傳統(tǒng)的電容器與電池之間。

當兩極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時，電解液界面上電荷不會脫離電解液，超級電容器為正常工作狀態(tài)（通常為3V以下），如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。由于隨著超級電容器放電，正、負極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷相應減少。由此可以看出：超級電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學反應，因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學反應的蓄電池是不同的。

1.2超級電容器的優(yōu)缺點

1.2.1優(yōu)點

（1）更長的循環(huán)壽命，能夠循環(huán)百萬次以上；

（2）低阻抗，和電池并聯時能夠增強負載電流；

（3）迅速充電，超級電容器能夠在幾秒鐘內充滿；

（4）簡單的充電模式，無需檢測是否充滿，過充無危險；

（5）具有法拉級的超大電容量；

（6）脈沖功率比蓄電池的高近十倍；

（7）能在-40℃～60℃的環(huán)境溫度中正常使用；

（8）無污染，真正免維護。超級電容器用的材料是安全和無毒的，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池用的材料具有毒性；

（9）超級電容器可以任意并聯使用來增加電容量，采取均壓措施后，還可以串聯使用。

1.2.2缺點

（1）線性的放電曲線使其無法完全放電；

（2）低能量密度，一般只有一個化學電源能量密度的五分之一到十分之一；

（3）低電壓，需要若干個連接后才能得到高電壓，3個電容以上串聯時需要平衡電壓；

（4）高自放電，自放電率高過化學電源。

由此可知，超級電容器具有很好的性能，但是超級電容器目前還不能完全代替電池，因為超級電容器的應用特長是功率的輸入/輸出，而不是高能量。一種最佳的優(yōu)化組合是將超級電容器與電池組合使用，因為電源車起動時電流很大，只用電池會大大降低電池壽命，如將超級電容器與電池組合使用，不僅可以減少起動電池的使用數量，而且還優(yōu)化了輸出能量，增加了電池使用壽命。依據這一思維，如能將這一最優(yōu)組合方式用在航空地面電源起動系統(tǒng)中，那么航空地面電源性能將提升到一個新的水平。

2 航空地面直流電源的輸出特性

2.1 422系列電源車的簡介

422系列電源車不但在航空兵場站應用越來越多，而且已經被民航機場廣泛采用。它較以往的電源車在技術性能和生產工藝上都有了較大的提高，體積小，重量輕，機動性能好。

422系列電源車采用了一組航空蓄電池GB，由兩塊182型電瓶經減格連接而成，端電壓為26 V左右。它既是柴油機起動系統(tǒng)的工作電源，又是電源車的直流輔助電源。當接通蓄電池“輸出”開關S4時，蓄電池輸出控制接觸器 KM1工作，將蓄電池GB與電源車供電電路接通。當輸出28.5/57V電源和“0—70 V”電源時必須合上S4。

負載特性：突然加載，由0突加到800A×2，瞬時電壓不低于25.5V，3s內穩(wěn)定到27.5~28.5V；突然卸載，由800A ×2突減到0，瞬時電壓不高于32 V，3s內穩(wěn)定到28.5~29.5 V；超載，1200A×2，電壓不低于25V。

2.2 422系列電源車的缺陷以及改進設想

422系列電源車起動采用起動電動機起動方式。在起動過程別是在起動瞬間，由于起動電動機轉速為零，不產生感生電勢，故起動電流為：

其中：為蓄電池空載端電壓，為起動電動機的電樞電阻、為蓄電池內阻、為線路電阻。由于、、均很小，起動電流非常大。

例如用12V、45Ah的蓄電池起動安裝1.9L柴油機的電源車，經過仿真可知，蓄電池的電壓在起動瞬間由12.6V降到約3.6V！起動過程的蓄電池電壓波形如圖2；起動瞬時的電流達550A，約為蓄電池的12倍的放電率！起動過程的蓄電池電流波形如圖3（圖3中縱坐標為電流傳感器兩端的電壓值，電流傳感器的電流/電壓變換比率為100A/V，即5.5V代表550A）。盡管車用蓄電池是起動專用蓄電池，可以高倍率放電，但在圖2中可以看出，10倍以上高倍率放電時的蓄電池性能變得很差，而且，如此高倍率放電對蓄電池的損傷也是非常明顯的。

在起動飛機的過程中，起動電流的突變更劇烈。在某型飛機的四級起動過程中，起動電流的變化會對蓄電池帶來更嚴重的損壞。論文大全。起動過程的電壓劇烈變化也是極強的電磁干擾，可以造成電氣設備的“掉電”，迫使電氣設備在發(fā)電機起動過程結束后重新上電，計算機在這個過程中非常容易死機。因此，無論從改善電源車電氣設備的電磁環(huán)境還是從改善電源車的起動性能和蓄電池的性能、延長使用壽命來考慮，改善電源車電源在起動過程的性能是必要的。

問題的解決可以采取加大蓄電池容量的方案，但需要增加很多，使體積增大，這并不是好的解決方案。將超級電容器與蓄電池并聯可以很好地解決這個問題，可以用于提供飛機發(fā)動機瞬間所需的沖擊大電流，提高起動性能，縮短起動時間，降低起動瞬間大電流對蓄電池造成的損害，延長蓄電池的使用壽命。而且超級電容器在以內燃機為動力的422系列直流電源車上的采用可以解決電源車起動飛機發(fā)動機瞬間功率不足的技術難題。同時，在起動瞬間超級電容器對直流電源車發(fā)電系統(tǒng)尤其是內燃機具有很大的保護作用。

3 超級電容器在航空地面直流電源車中的應用

3.1電性能的改善

采用超級電容器與蓄電池并聯時起動過程的電壓波形如圖4, 與圖2相比采用超級電容器與蓄電池并聯時起動瞬間電壓跌落由僅采用蓄電池時的3.2V提升到7.2V；起動過程的平穩(wěn)電壓由7V提高到9.4V。

圖4 采用超級電容器與蓄電池并聯時起動過程的電壓波形3.2 起動性能的改善

超級電容器與蓄電池并聯應用可以提高電源車的起動性能，將超級電容器（450F/16.2V）與12V、45Ah的蓄電池并聯起動安裝1.9L柴油機的電源車，在10℃時平穩(wěn)起動，盡管在這種情況下，當不連接超級電容器，蓄電池也可以起動，但采用超級電容器與蓄電池并聯時起動電動機的速度和性能都非常的好。由于電源輸出功率的提高，起動速度由僅用蓄電池時的起動速度300rpm，增加到450rpm；尤其在提高電源車冷天的起動性能（更高的起動轉矩）上，超級電容器是非常有意義的，在-20℃時，由于蓄電池的性能大大下降，很可能不能正常起動或需多次起動才能成功，而超級電容器與蓄電池并聯時則僅需一次點火。其優(yōu)點是非常明顯的。

3.3 對蓄電池應用狀態(tài)的改善

超級電容器與蓄電池并聯時，由于超級電容器的等效串聯電阻（ESR）遠低于蓄電池的內阻，因此，在起動瞬間起動電流大部分由超級電容器提供，有效地降低了蓄電池極板的極化，阻止了蓄電池內阻的上升使起動過程的平穩(wěn)電壓得到提高。最主要的是蓄電池極板極化的減輕不僅有利于延長蓄電池的使用壽命，而且也可以消除頻繁起動對蓄電池壽命的影響。

4 結論

以上是對超級電容器在航空地面電源上應用的可行性分析。超級電容器已經在國民經濟各個部門有了廣泛的應用，如配合蓄電池應用于各種內燃發(fā)動機的電起動系統(tǒng)；用作高壓開關設備的直流操作電源，用于鐵路駝峰場道岔機后備電源；用于電傳動裝甲車輛的制動能量回收和起步加速電源以及軍工車輛發(fā)動機的電起動裝置；用于重要用戶的不間斷供電系統(tǒng)；用于風力及太陽能發(fā)電系統(tǒng)。論文大全。這些事實充分證明了超級電容器的良好性能。可以預見，隨著超級電容器在航空地面電源上應用的不斷深入，有可能縮短我軍電源保障裝備與航空主戰(zhàn)裝備的巨大差距，更好地保障航空主戰(zhàn)裝備。

參考文獻

1 42Volt Super-Capacitor Provides Cranking Amps to Integrated Starter Alternator. FrankLev. Tavrima Canada Ltd, April 12,2002

2GJB572-88,飛機地面電源供電特性及一般要求

3GJB1910-94, 飛機地面電源車通用規(guī)范

4 陳艾等.超大容量電化學離子電容器.電子科學技術評論，1999，（4）：34-36

篇(7)

關鍵詞：自動，熱備，通訊

 

1． 前言

隨著發(fā)電技術迅猛發(fā)展目前新建火電機組單機容量600MW屬于主流，我公司三四期擴建工程裝機容量為4×600MW。論文大全，自動。面對如此規(guī)模的發(fā)電機組對煤炭的需求量也就越來越大，對輸煤等公用系統(tǒng)的自動化控制要求也就越來越高。論文大全，自動?？紤]機組容量對用煤量的問題，為了避免一條卸煤和上煤通路成為瓶頸耽誤正常生產，設計了兩條上煤通路，在正常情況下的運行方式是雙路如果在其中一條有缺陷需要停運處理時就得單路運行這主要是考慮設備運行的穩(wěn)定性。

2． PACSystem 控制系統(tǒng)介紹

利港電廠為三四期擴建工程配套輸煤系統(tǒng)所使用的控制系統(tǒng)為 GE FANUC公司在2003年推出的新的可編程自動化控制器PACSYSTEMRX7I .雖然PAC形式與PLC相似, 但PAC系統(tǒng)的性能卻廣泛全面得多.它是一種多功能控制器平臺,包含了多種用戶可以按照自己的意愿組合,搭配和實施的技術和產品.

2.1）控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)使用了兩套GE 公司的PACSystem RX7i系列PLC，(RX 代表機架式安裝,7代表基于90-70架構, i代表智能化意思)，互為熱備用即CPU冗余。為了避免同時失電，兩個機架的電源都取UPS電源。其處理器的型號700 MHz Pentium，內存10MB和10MB FLASH。另外CPU冗余使用了一種新技術—映射內存,如果在一個內存中寫入數據,它們會立即在其它內存中映射出來.它是一種光纖環(huán)和獨立設備.這體現了冗余備份技術的可用性和可靠性.在實際生產運用中我們兩個使CPU中的程序完全一樣，采集信息、處理程序、發(fā)出命令由主CPU完成，備用CPU在實時跟蹤主CPU工作。一旦主CPU失電或者通訊中斷，備用CPU將代替主CPU繼續(xù)完成工作?！≈鳈C通過以太網同PC機相連進行數據交換，由CPU通過判斷采集的輸入信號，經過預先編制好的程序進行運算處理后，再通過輸出模塊發(fā)出命令，來達到控制的目的。

3. 現場控制系統(tǒng)

3.1）系統(tǒng)控制對象

本套輸煤系統(tǒng)的主要控制對象有：皮帶機24條（其中4#A/B皮帶可雙向運行），卸船機2臺，十個環(huán)式布料機和十個環(huán)式給料機，滾軸篩4臺，碎煤機4臺，取樣裝置兩套，圓盤電磁除鐵器10臺，皮帶稱4套，，電動三通擋板2個，移動伸縮頭4個，除塵器24個。

3.2）人機接口系統(tǒng)

本系統(tǒng)由兩臺操作員站(POS)，一臺工程師站(EDS),一臺服務器,及相應的通訊網絡組成.兩臺工控機可互為備用,EDS 是對輸煤系統(tǒng)運用軟件,進行開發(fā)管理的工具,與編程軟件一起完成所有的工程設計,組態(tài)修改,文檔服務,現場調試和系統(tǒng)維護等任務。服務器用于對過程數據進行實時采集、記錄、處理、存儲并生成一定格式的報表等數據以便于運行監(jiān)視、歷史分析等管理工作.各工作站使用普通網線同以太網交換機相連，通過以太網通訊模塊同PLC主機進行通訊。所有的數據顯示和操作都可以在操作員上位機上完成，并且還有報警，歷史趨勢和報表功能，給操作人員提供最完備的使用環(huán)境。論文大全，自動。

3.3）遠程系統(tǒng)

本系統(tǒng)設置了八個I/O遠程站，通過光纜經光電轉換器與主/從站的總線控制器相連。這種應用方式極大地減少了控制電纜的數量和長度，減少了因電纜過長而引起的接地或接線不良等故障，也減少了費用的投入。另外采用光纜連接遠程站的通訊方式，使得通訊距離比應用同軸電纜通訊長了很多，并且消除了電壓、電流的干擾，提高了數據傳輸的品質。每一套系統(tǒng)通過四塊IC697BEM731總線控制器與現場Genius BIU(IC670BI002)總線接口單元連接，構成一個簡潔Genius 網絡。這個時候我們可以通過Genius 網絡特性一覽表決定終端電阻等。我們可以從網絡組態(tài)圖上可以看出基本上每個轉運站都有兩個BIU，每個BIU可以管理多種類型的I/0模塊，熱電阻和熱電偶模塊。我廠在現場主要采用的是IC670MDL640輸入模件，IC670MDL740輸出模件，IC670ALG240模擬量輸入模塊及 IC670ALG620 RTD模塊。對于BIU 和I/O模塊我們都可以通過HHM手持式監(jiān)視器進行配置。

4） 構成局域網主要軟硬件

4.1 軟件系統(tǒng)

4.1.1）上位機監(jiān)控軟件

本系統(tǒng)的上位監(jiān)控軟件選用的是GE公司的CIMPLICITY HMI 6.1作為開發(fā)平臺，利用該軟件的變量存檔編輯器和報表設計器，可以很方便地為運行用戶過程數據生成用戶檔案并生成報表。利用ODBC功能，把所有設備的報警和人員的操作都記錄下來，通過聲音通知操作人員，以便使操作人員能夠立即進行處理，并給日后事故原因的分析創(chuàng)造有利條件。報表的數據量目前保留一個月，通過ODBC功能存放在服務器中（服務器所用軟件為SQL2000）

4.1.2）PLC編程軟件

PLC編程軟件采用GE公司的Proficy Machine Edition5.0（包含編程軟件、組態(tài)軟件）作為編程調試軟件的開發(fā)平臺。論文大全，自動。使用梯形圖編程方式，這種軟件的優(yōu)點是有強大的功能塊系統(tǒng)，并且由于集成了組態(tài)通訊等功能對于我們使用者是相當方便的。另外當時上位機軟件也采用GE公司的HMI，作為畫面開發(fā)平臺它雖然不屬于主流開發(fā)軟件，但我們考慮到與PLC良好的兼容性通過和INTOUCH軟件比較后覺得還是采用同一家公司的軟件比較好。

4.2) 硬件系統(tǒng)

操作員站配置客戶機2臺.長期放置于值班員操作臺,POS客戶機采用DELL臺式PC.工程師站配置服務器一臺,服務器采用DELL服務器.安裝軟件為基于微軟 Windows XP 操作系統(tǒng)上的SQL2000 數據庫軟件,一臺DELL 臺式PC機

5） 使用注意問題

a) 控制好溫度

PLC正常工作要求的環(huán)境溫度在0-55°C之間。在安裝PLC時應使其盡量遠離發(fā)熱量在的元件，并給PLC四周留足足夠的通風散熱空間。PLC的基本單元和擴展單元之間要留有30mm以上間隔。PLC機架上要安裝風扇，在夏天最好裝設空氣調節(jié)器，以降低PLC運行時的環(huán)境溫度。

b) 保證供電電源質量

PLC設備使用的供電電源為50HZ、220（1±10）V的交流電。考慮到設備持續(xù)運行的問題一般考慮接入UPS電源。論文大全，自動。

c) 提供良好的接地

良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。論文大全，自動。PLC的接地線與機器的接地端相接，擴展單元其接地點與基本單元的接地點接在一起。并使用專用地線（獨立的接地裝置），接地點應盡可能靠近PLC。

6） 結束語

這套系統(tǒng)目前已經運行了兩年時間了，根據實際的運行情況證明：整個系統(tǒng)安全可靠，穩(wěn)定性高，控制靈活性強。隨著計算機和PLC技術的提高，輸煤系統(tǒng)的自動化水平也在不斷提高，目前已經做到了把相對分散的各個設備統(tǒng)一集中到一起進行遠程控制，表明了目前自動化水平的提高。相信隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展和計算機、PLC硬件及軟件水平的不斷提高，程序控制作為輸煤系統(tǒng)的主要控制方式，在火力發(fā)電廠將得到更加廣泛的應用。

參考文獻

PACsystem中文手冊

網站www．ctrlink．com．cn以太網須知介紹

《現代電氣控制》機械工業(yè)出版社